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中國市場會是FD-SOI的主力市場,“我們有幸看到,中國將成為包括半導體在內的電子產業價值鏈的主要增長地區。為滿足各種電子產品的需求,中國正全面采用各類主流半導體技術,包括當今晶圓廠廣泛采用的平面bulk技術、FinFET技術及大器晚成的新興FD-SOI技術。”格芯全球副總裁兼大中華區總經理白農說。
格芯全球副總裁兼大中華區總經理白農
在制造工藝方面,FD-SOI工藝比FinFET工藝更容易實現。早前國內一些半導體制造商與芯片設計廠商已經開始運用FD-SOI工藝,FD-SOI技術也符合中國代工廠的需求。白農認為,作為一項使用低成本達到生產目標所需時間更短的平面制造技術,FD-SOI工藝將會成為中國電子行業發展的強大驅動力。
盡管FinFET目前是主流制程,但未來走到10納米、7納米世代后,花得起龐大費用的半導體大廠,恐怕僅剩下蘋果(Apple)、高通(Qualcomm)等極少數廠商,這將使得低成本的FD-SOI在大陸市場有機會突圍。目前,上海新傲科技(Simgui)已量產8寸SOI襯底片,還有格芯的22納米和12納米FD-SOI以及芯原等設計服務廠商的支持,中國發展FD-SOI的基本條件已經具備。
目前,業界已經傳出部分國內半導體大廠開始考慮FD-SOI技術,如上海華力微除了要生產28、14納米FinFET制程外,傳出正在評估FD-SOI技術,因為以華力微在先進制程的進度,要力拼14納米FinFET技術非常緊迫且難度極高,若另尋FD-SOI技術領域,不失為另一種變通策略,另外據傳MTK正在計劃采用FD-SOI工藝制造芯片。雖然這些消息皆為傳聞,但從將來的發展形勢來看,特別是從物聯網領域對低功耗與高性能的需求來看,這些廠商參與進來遲早的事情。
目前,格芯與芯原已著手開發IP套件,以雙模運營商等級的調制解調器搭配集成的射頻前端模組,旨在讓客戶開發出低成本及低功耗的單芯片解決方案,以供全球部署。據悉,格芯與芯原預計于2017年Q4對基于此集成方案的測試芯片進行流片,并完成驗證,雙方計劃于2018年年中獲得運營商許可。
芯原控股有限公司創始人/董事長兼總裁戴偉民博士
芯原控股有限公司創始人/董事長兼總裁戴偉民博士告訴記者,自五年前開始,芯原即開始開發FD-SOI IP,并基于FD-SOI 技術一次流片成功了多款芯片產品。就物聯網應用而言,除了成本優勢之外,集成式射頻、體偏壓以及嵌入式內存如MRAM,都是28mm CMOS工藝節點往后,FD-SOI技術所具備的重要優勢。在格芯22FDX?上集成射頻與功率放大器后,基帶和協議棧可在高能效且可編程的ZSPnano上得以實現,ZSPnano專為控制和具有低延遲的數據流、單周期指令的信號處理而優化。格芯位于成都的全新FDX?300mm晶圓廠,以及此次合作推出的集成式 NB-IoT、LTE-M單芯片解決方案等IP平臺,都將對中國的物聯網和AIoT(物聯人工智能)產業帶來重大的影響。
談及未來FD-SOI的發展節點,格芯白農表示,基于格芯在22FDX?產品取得的成功,公司推出了新的12納米FD-SOI半導體技術,通過提供業界首個多節點FD-SOI線路圖,擴展了其領先地位。下一代12FDX?平臺旨在實現包括移動計算、5G連聯接、人工智能和自主車輛的各種應用的未來智能系統。全新12FDX?技術專門用于提供前所未有的系統集成度,以及設計靈活性和功率擴展。格芯在德國德累斯頓的Fab 1晶圓廠目前正在為12FDX?的發展和后續制造準備進行準備,第一批為客戶生產的產品預計將于2019年上半年正式啟動。
FD-SOI的低功耗、低成本、RF器件集成以及在5G毫米波的優勢讓其重新被重視起來,然而FD-SOI目前仍然面臨一些發展瓶頸,比如目前FD-SOI生態還沒起來,很多半導體廠商也仍在觀望當中,因此如何快速建立生態,讓更多廠商都參與進來,成為當下的關鍵。
首先,在IP和EDA方面,記者了解到的進度是,28納米FD-SOI建立了完整的數據庫和基礎IP,同時,22納米FD-SOI技術也正快速成長,EDA公司正在著手于將IP移植到FD-SOI的開發中。這些公司包括Synopsys、Cadence、INVECAS、VeriSilicon、CEA-Leti、Dream Chip和Encore Semi等。“我們很高興地看到很多客戶、設計公司及IP公司對FD-SOI工藝深感興趣,將來會看到更多客戶及合作伙伴加入。”格芯白農表示。
作為IP和IC設計服務廠商,芯原發展至今在芯片設計平臺即服務方面已經積累了很多優勢,僅就設計能力而言,芯原已經累積量產14納米FinFET 4000多片晶圓,拓展到具有國際領先水平的10納米FinFET以及正在起飛的28納米和22納米FD-SOI工藝技術。每周流片一款芯片,每年流片50多款芯片,其中98%一次流片成功。芯原是FD-SOI生態建設的主要推動者,芯原與格羅方德、三星以及意法半導體三家FD-SOI代工廠都有著合作關系,幫助客戶進行ASIC設計,對接FD-SOI工藝。
戴偉民博士表示,理想的狀態是希望能看到12寸FD-SOI襯底片生產落地中國。記者獲悉,上海新傲科技(Simgui)在2015年下半年已開始量產該公司首批8寸SOI襯底片,采用法國Soitec的SmartCut制程技術。目前Soitec的這項專利已經通過合作或合資的方式對外開放,為更多業者參與進來提供了條件。
其次,在IC設計方面,由于FD-SOI生態系統的日益形成,眾多IC設計廠商通過FD-SOI看到強大的差異化可能性,這些應用包括入門級移動通信的單芯片解決方案、通用應用處理器、圖像信號處理器、機頂盒SoC、嵌入式計算機視覺、微控制器、混合信號應用如收發器、GPS/衛星接收機、Wi-Fi/BT組合和毫米波雷達系統等。
“我們充分認識到生態圈的重要性,這也是格芯與成都市正式簽署了《FD-SOI產業生態圈行動計劃》原因。這一生態圈合作伙伴項目是要打造一個生態系統幫助實現22FDX? SoC設計,縮短上市時間,并打造格芯業界首個FD-SOI產品路線圖,FD-SOI產業生態圈行動計劃提供了最低成本的向先進節點設計的遷移路線。客戶可以減少研發投入,享受到計劃提供的包括IP、平臺(ASIC)、工具(EDA)、參考解決方案的資源以及產品封裝和測試的解決方案。” 白農強調。
足見,FD-SOI技術的生態系統發展正在逐步展開,目前已有一些成熟芯片與應用案例出來。首先,在芯片端,已經有一些采用FD-SOI的芯片出來,比如索尼采用ST的 FD-SOI制程生產的GPS芯片的量產引起了很多設計公司的關注;2017年3月,NXP發布了基于三星28納米FD-SOI技術的兩個通用處理器系列(i.MX7ULP和i.M8X),用于超低功耗和豐富圖形的電池供電應用中;飛思卡爾(被NXP收購)最近也透露,其正在28納米節點采用FD-SOI工藝技術;2017年3月,Eutelsat Communications和ST宣布推出新一代交互式應用SoC,降低了互通衛星終端的總體成本,同時降低了功耗;而國內部分公司也在嘗試采用FD-SOI工藝開發芯片,尤其是應用于超低功耗高可靠環境下的案例逐漸增多。
在應用端,也已經有一些使用FD-SOI工藝芯片的終端產品出來。2016年9月,華米(小米合作伙伴)推出了一款新的健身智能手表,其中就有一顆基于FD-SOI的全球定位系統(GPS)芯片(這顆芯片就是上文提及的索尼的GPS芯片),該芯片允許手表在GPS打開的情況下達到35小時的電池壽命,比現在類似設備高出兩到五倍。這樣的應用,相信隨著芯片不斷開發出來而逐漸得到普及。
目前,中國FD-SOI生態正在形成:上海新傲(Simgui)的襯底片制造廠(wafer substrate),格芯成都FD-SOI晶圓廠和芯原的FD-SOI IP和設計服務中心。“中國應該‘兩條腿走路’,同時發展FinFET和FD-SOI,尤其要抓住FD-SOI這個中國晶圓廠‘彎道超車’,也是中國無晶圓廠半導體廠商‘換道超車’的歷史機遇。”戴偉民博士指出。
在記者看來,FD-SOI產業生態圈合作計劃降低了從40納米/28納米等大節點向FD-SOI遷移的障礙,通過利用現有的設計流程和設計自動化工具以及設計合作伙伴的協助,為智能終端、5G、AR/VR和汽車市場的應用提供幫助。如今FD-SOI曙光已現,當有更多的設計公司、IP公司與系統公司參與到FD-SOI生態圈時,轉折點或已到來。
整體而言,FD-SOI的諸多優勢讓其逐漸有了崛起的趨勢,越來越多的人也意識到,FinFET和FD-SOI并不是對立的關系,FD-SOI在性能、功耗與成本的平衡以及RF射頻集成與系統芯片的集成以及5G毫米波技術的實現方面,優勢有目共睹。物聯網時代正在崛起,產品碎片化以及對低功耗、低成本的需求也促使半導體廠商不得不重新考量FD-SOI工藝技術帶來的價值,尤其是針對半導體發展迅猛且對成本有嚴格要求的中國市場,FD-SOI更能切合這些廠商的發展需要。這也是臺積電、格芯以及三星都在考慮提供“兩全其美”的工藝技術來服務客戶的原因。出于綜合考慮,FD-SOI仍將在28納米、22納米停留很長一段時間,當然在未來的演進方向上,相信FD-SOI會有不斷突破的空間。(責編:振鵬)